黃冠梨汁無硫護(hù)色劑配方的篩選

張凱悅，朱筱琪，秦 靖，梁麗雅，李 玲

（天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津 300384）

黃冠梨外觀綜合評(píng)價(jià)極好，果芯小，果肉潔白，肉質(zhì)細(xì)膩、松脆，殘?jiān)?，風(fēng)味酸甜適口，具有濃郁香味，深受消費(fèi)者的喜愛。黃冠梨可以用來制作果汁、釀酒、梨膏、梨脯等，能夠滿足各類人群的需求[1]。黃冠梨汁富含多種營養(yǎng)成分，對(duì)人體健康有諸多益處[2-4]。黃冠梨在制作果汁過程中容易發(fā)生褐變，生產(chǎn)上常用含硫物質(zhì)進(jìn)行護(hù)色，但是存在安全隱患[5]。隨著人們生活水平的提高，天然、綠色、健康的食品已經(jīng)逐漸成為人們消費(fèi)的核心，而黃冠梨汁則可以較好地滿足人們的需求。因此篩選安全、有效的護(hù)色配方成為行業(yè)亟需研究的課題。

褐變是指果汁在加工和儲(chǔ)藏過程中發(fā)生的顏色變化[6-8]。黃冠梨所含的酚類物質(zhì)對(duì)其品質(zhì)有雙重影響：一方面，酚類物質(zhì)使黃冠梨汁具有獨(dú)特的收斂口味；另一方面，過多的酚類物質(zhì)是黃冠梨汁苦澀及褐變的主要原因。褐變問題一直是黃冠梨汁加工業(yè)所面臨的技術(shù)瓶頸。黃冠梨在破碎榨汁階段主要發(fā)生酶促褐變[9]。酶促褐變是在有氧條件下，酚酶催化酚類物質(zhì)形成醌及其聚合物的反應(yīng)過程。植物體內(nèi)酚類物質(zhì)種類多、含量豐富，在無損傷的細(xì)胞中作為呼吸傳遞物質(zhì)，酚-醌保持著動(dòng)態(tài)平衡，若細(xì)胞組織遭到破壞，氧氣就會(huì)大量侵入，酚-醌之間的動(dòng)態(tài)平衡被打破。多酚氧化酶（PPO）作用使鄰位酚氧化為醌，醌進(jìn)一步聚合成黑色物質(zhì)，導(dǎo)致梨汁發(fā)生褐變[10-11]。PPO 是一類銅結(jié)合酶，在植物組織中與內(nèi)囊體膜結(jié)合在一起，自然狀態(tài)下無活性，但是當(dāng)組織勻漿或損傷后PPO 就會(huì)被活化，從而表現(xiàn)出活性。褐變不僅影響果汁的外觀和風(fēng)味，而且會(huì)造成營養(yǎng)物質(zhì)流失，甚至導(dǎo)致食物變質(zhì)[12-13]。因此研究最佳的護(hù)色配方，解決梨汁褐變問題，有助于提高黃冠梨的附加值和種植經(jīng)濟(jì)效益，有利于果農(nóng)脫貧致富。

目前，在生產(chǎn)上主要是用一些含硫護(hù)色劑對(duì)梨汁進(jìn)行護(hù)色。李梁等[14]確定蘋果梨汁的最佳護(hù)色劑配方是檸檬酸添加量0.67 g/100 mL，Na2SO3添加量0.01 g/100 mL，L-半胱氨酸添加量0.01 g/100 mL。周會(huì)玲等[15]用 Na2SO3、乙二胺四乙酸（EDTA）、草酸、檸檬汁復(fù)合液對(duì)梨汁進(jìn)行護(hù)色也取得了較好的效果。孫姍姍等[16]研究結(jié)果顯示，0.8 g/L VC、0.2 g/L NaHSO3和5 g/L 檸檬酸的復(fù)合液浸泡1 min 后制得的雪梨汁護(hù)色效果較好。常大偉等[17]和李磊等[18]研究發(fā)現(xiàn)，抗壞血酸、β－環(huán)糊精、EDTA 三種褐變抑制劑之間存在協(xié)同作用。黃文書等[19]研究發(fā)現(xiàn)，將切塊后的庫爾勒香梨用VC、檸檬酸、L-半胱氨酸組成的復(fù)合護(hù)色劑浸泡對(duì)梨汁護(hù)色效果較好。尤麗新等[20]研究發(fā)現(xiàn)，菠蘿和水晶梨飲料的護(hù)色條件為0.03% VC、0.03%Na2SO3和0.01%檸檬酸。蘇菲煙等[21]確定6.56 mmol/L L-半胱氨酸、4.58 mmol/L D-異抗壞血酸鈉和6.18 mmol/L 抗壞血酸為雪梨果汁最佳復(fù)合護(hù)色劑。本研究采用無硫護(hù)色試劑對(duì)黃冠梨汁進(jìn)行護(hù)色，篩選適宜的護(hù)色劑配方組合，以期為企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

黃冠梨，購于天津市西青區(qū)紅旗農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；檸檬酸、抗壞血酸、D-異抗壞血酸鈉（分析純），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

UV-3100 型紫外分光光度計(jì)，由上海美普達(dá)儀器有限公司生產(chǎn)；SKG2030 型原汁機(jī)，由廣東艾詩凱奇智能科技有限公司生產(chǎn)；ME203E 型電子天平，由梅特勒-托利多公司生產(chǎn)。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將3 種護(hù)色劑分別配成不同濃度（表1）。挑選新鮮、大小均一、無傷痕、無腐爛的黃冠梨進(jìn)行試驗(yàn)。將黃冠梨洗凈后去皮、去核，切分成2 cm3的小塊，分別浸泡于不同濃度的3 種護(hù)色液中，保持10 min，以去離子水浸泡作為對(duì)照。以不同濃度的Na2SO3處理作為陽性對(duì)比，護(hù)色結(jié)束后立即進(jìn)行榨汁，取適量梨汁轉(zhuǎn)入比色皿中測(cè)其褐變度，確定各個(gè)護(hù)色劑的最佳濃度。

表1 不同護(hù)色劑的濃度Table 1 The concentrations of different color protectors

1.2.2 黃冠梨汁最佳護(hù)色劑配方的響應(yīng)面設(shè)計(jì)

通過單因素試驗(yàn)確定檸檬酸、抗壞血酸、D-異抗壞血酸鈉3 種護(hù)色液各自的最佳濃度，以最佳濃度為中水平，運(yùn)用Design Expert 8.0.6 軟件，以褐變度為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，篩選最佳的復(fù)合護(hù)色液配方組合。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of RMS design

1.2.3 黃冠梨汁褐變度的測(cè)定

參考Li 等[22]的方法，將黃冠梨經(jīng)護(hù)色榨成汁后，立即轉(zhuǎn)入規(guī)格為12.5 mm×12.5 mm×45 mm 的比色皿，在420 nm 下測(cè)定吸光度，每個(gè)樣品重復(fù)5 次。

褐變度=A×V/m

式中：A 為吸光度；V 為樣品體積，mL；m 為樣品質(zhì)量，g。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2007 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和計(jì)算，通過Origin 95 軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA）和鄧肯氏多重檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 檸檬酸對(duì)黃冠梨汁褐變度的影響

檸檬酸存在于許多植物中，是一種天然護(hù)色劑。檸檬酸能防止因酶催化引起的氧化作用，可以降低pH，螯合PPO 活性中心的Cu2+，最終達(dá)到護(hù)色效果[23-24]。熊忠飛等[25]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)檸檬酸添加量為0.12%時(shí)，對(duì)“黃元帥”蘋果汁的褐變有較好的抑制作用。由圖1 可知，當(dāng)檸檬酸濃度為0.2%時(shí)，黃冠梨汁的褐變度最小，且與其他各組處理之間存在顯著差異（P＜0.05）。隨著檸檬酸濃度的增大，黃冠梨汁的褐變度反而越來越高?？傊?，檸檬酸的護(hù)色效果并不隨其濃度的增加而提高，檸檬酸的最適添加量為0.2%。

圖1 檸檬酸對(duì)黃冠梨汁褐變度的影響Fig.1 Effects of citric acid on browning degree of Huangguan pear juice

2.2 抗壞血酸對(duì)黃冠梨汁褐變度的影響

抗壞血酸是食品行業(yè)中一種重要的天然抗氧化劑，具有較強(qiáng)的還原性，可以將醌類及其衍生物還原成酚，進(jìn)而阻止聚合成有色物質(zhì)，從而達(dá)到抑制褐變的目的。抗壞血酸對(duì)氧化褐變反應(yīng)中的氧分子有很強(qiáng)的結(jié)合能力，可以降低褐變反應(yīng)過程中的氧分子濃度，抑制褐變反應(yīng)速率，強(qiáng)化護(hù)色作用[26]。由圖2 可以看出，當(dāng)抗壞血酸濃度小于0.15%時(shí)，黃冠梨汁的褐變度隨抗壞血酸濃度的增加而降低；但是當(dāng)抗壞血酸濃度大于0.15%時(shí)，黃冠梨汁的褐變度反而會(huì)隨著抗壞血酸濃度的增大而增加。鄧肯式多重檢驗(yàn)結(jié)果表明，抗壞血酸濃度為0.10%和0.15%時(shí)，黃冠梨汁褐變度之間的差異沒有達(dá)到顯著水平，但是加入0.15%抗壞血酸，黃冠梨汁的褐變度值最低，為1.389 6。

圖2 抗壞血酸對(duì)黃冠梨汁褐變度的影響Fig.2 Effects of ascorbic acid on browning degree of Huangguan pear juice

2.3 D-異抗壞血酸鈉對(duì)黃冠梨汁褐變度的影響

D-異抗壞血酸鈉又名赤藻糖酸鈉，具有抗氧化、無臭、無毒，且不影響人體對(duì)VC 吸收的特點(diǎn)[27]。作為控制食品氧化變色和風(fēng)味劣變的抗氧化劑，D-異抗壞血酸鈉可以保持橄欖汁的色澤和自然風(fēng)味，延長保質(zhì)期，改善其變色、異味、渾濁等不良現(xiàn)象，且無任何毒副作用[28]。0.1%D-異抗壞血酸鈉對(duì)速凍萊陽梨丁的褐變抑制作用效果最好[29]。

從圖3 可知，加入D-異抗壞血酸鈉在一定程度上抑制了黃冠梨汁的褐變，且與對(duì)照相比差異均達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。0.30%、0.40%和0.50%的 D-異抗壞血酸鈉對(duì)梨汁褐變有明顯的抑制作用，但是三者之間的差異不顯著。當(dāng)加入0.5% D-異抗壞血酸鈉時(shí)，黃冠梨汁的褐變度最小，其抑制褐變的效果最好。

圖3 D-異抗壞血酸鈉對(duì)黃冠梨汁褐變度的影響Fig.3 Effects of D-sodium isoascorbate on browning degree of Huangguan pear juice

2.4 亞硫酸鈉對(duì)黃冠梨汁褐變度的影響

亞硫酸鈉能顯著降低黃冠梨汁的褐變度（P＜0.05），且濃度越大，對(duì)黃冠梨汁褐變的抑制作用越強(qiáng)（圖4）。當(dāng)加入0.05%亞硫酸鈉進(jìn)行護(hù)色后，黃冠梨汁的褐變度僅為1.361 6，護(hù)色效果顯著好于加入0.01%和0.02%亞硫酸鈉（P＜0.05）。最佳濃度的檸檬酸、抗壞血酸和D-異抗壞血酸鈉護(hù)色劑與0.05%Na2SO3相比，黃冠梨汁的褐變度無顯著性差異。說明適宜濃度的檸檬酸、抗壞血酸和D-異抗壞血酸鈉可以代替亞硫酸鈉起到良好的抑制褐變作用。

圖4 亞硫酸鈉對(duì)黃冠梨汁褐變度的影響Fig.4 Effects of sodium sulfite on browning degree of Huangguan pear juice

2.5 復(fù)合護(hù)色劑配方組合的篩選

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行黃冠梨汁復(fù)合護(hù)色液配方組合的篩選。通過單因素試驗(yàn)確定檸檬酸、抗壞血酸、D-異抗壞血酸鈉3 種護(hù)色液的最佳濃度分別為0.20%、0.15%、0.50%，以此最佳濃度為0 水平，褐變度為響應(yīng)值，進(jìn)行3 因素3 水平響應(yīng)面試驗(yàn)。依據(jù)Box-Behnken 設(shè)計(jì)進(jìn)行，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3 Results and design of RSM

將表3 中的數(shù)據(jù)使用Design Expert 8.0.6 軟件進(jìn)行回歸擬合，回歸模型中檸檬酸濃度為A，抗壞血酸濃度為B，D-異抗壞血酸鈉濃度為C，褐變度（Y）的響應(yīng)值遵循如下公式：

Y=0.80-0.081A+0.047B-0.022C+0.007 4AB-0.035AC-0.057BC +0.27A2+0.24B2+0.42C2

如表4 所示，模型的P 值為0.001 4，小于0.01，差異極顯著。失擬項(xiàng)的P 值為0.071 1，大于0.05，差異不顯著。決定系數(shù)R2為0.943 5，大于0.9，說明該模型適合用于分析和預(yù)測(cè)護(hù)色劑組合處理對(duì)黃冠梨汁褐變的控制效果。因素A、B、C 的線性效應(yīng)不顯著，抑制黃冠梨汁褐變的效果由強(qiáng)到弱依次是檸檬酸＞抗壞血酸＞D-異抗壞血酸鈉。A、B、C 的平方級(jí)效應(yīng)極顯著，均小于0.01。A、B、C 的交互作用均未達(dá)到顯著水平，兩兩交互的響應(yīng)面圖如圖5 所示。

表4 回歸方程系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Table 4 The significance test of regression equation coefficients

圖5A 表示當(dāng)加入0.5%D-異抗壞血酸鈉，檸檬酸濃度在0.10%～0.30%范圍內(nèi)時(shí)，隨著抗壞血酸濃度的增加，黃冠梨汁褐變度變化不明顯。圖5B 表示抗壞血酸濃度為0.15%時(shí)，檸檬酸和D-異抗壞血酸鈉對(duì)黃冠梨汁褐變度的交互作用。當(dāng)檸檬酸濃度為定值時(shí)，隨著D-異抗壞血酸鈉濃度的增加，黃冠梨汁褐變度呈逐漸降低的趨勢(shì)，但是超過一定濃度，梨汁的褐變度反而逐漸上升。圖5C 表示檸檬酸濃度為0.20%時(shí)，D-異抗壞血酸鈉和抗壞血酸對(duì)黃冠梨汁褐變度的交互作用。當(dāng)抗壞血酸濃度一定時(shí)，隨著D-異抗壞血酸鈉濃度的增加，黃冠梨汁褐變度呈先降低后增加的趨勢(shì)。

圖5 各因素的交互作用對(duì)黃冠梨汁褐變度影響的響應(yīng)面圖Fig.5 Response surface plots of interaction effects on browning degree of Huangguan pear juice

結(jié)合擬合的多元回歸方程，利用軟件分析得到黃冠梨汁無硫護(hù)色劑的最佳配方組合為0.22%檸檬酸+0.15%抗壞血酸+0.50%D-異抗壞血酸鈉，此時(shí)黃冠梨汁褐變度的理論預(yù)測(cè)值為0.796 1。采用上述最優(yōu)配方對(duì)黃冠梨汁進(jìn)行護(hù)色處理，其實(shí)際褐變度為0.813 2±0.052 1，與預(yù)測(cè)值相近。說明響應(yīng)面法優(yōu)化得到的黃冠梨汁護(hù)色劑配方組合準(zhǔn)確可靠，可以指導(dǎo)工廠生產(chǎn)。

3 結(jié)論

黃冠梨汁在加工過程中極易褐變，不僅會(huì)降低黃冠梨汁的營養(yǎng)品質(zhì)和感官特性，影響消費(fèi)者食用時(shí)的心情，還會(huì)影響產(chǎn)品的銷售和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。利用天然的檸檬酸、抗壞血酸和D-異抗壞血酸鈉對(duì)黃冠梨汁進(jìn)行護(hù)色，通過單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)得出黃冠梨汁最佳的復(fù)合護(hù)色劑配方組合為0.22% 檸檬酸+0.15%抗壞血酸+0.50%D-異抗壞血酸鈉。